مطالعه عددی اثر دبی جرمی و موقعیت سپتوم بر میزان بردار رانش و ساختار جریان در نازل آچئون

نازل آچئون به ‌عنوان یکی از روش‌های کنترل سیالی بردار رانش توسعه پیدا کرده است. قبلا در یک دبی جرمی ورودی و در رژیم‌های خاصی از جریان بررسی شده است. لذا، موقعیت قرار‌گیری سپتوم نسبت به دهانه خروجی نازل و تاثیرات آن بر ساختار جریان و میزان بردار رانش و به خصوص ایجاد شوک در نازل بررسی نشده است. در این پژوهش، چندین دبی جرمی ورودی و همچنین چند موقعیت قرارگیری سپتوم متفاوت (نسبت به گلوگاه خروجی نازل) بررسی شده و تاثیر آنها بر ساختار جریان، میزان بردار رانش و همچنین محدوده بروز شوک در نازل آچئون مطالعه شده است. جریان به صورت آشفته، دوبعدی، ایستگاهی و تراکم پذیر در نظر گرفته‌شده است. معادلات حاکم بر جریان معادلات ناویراستوکس میانگین‌گیری شده رینولدز بوده و برای بستن آنها از مدل آشفتگی دو معادله‌ای kε استاندارد استفاده‌شده است. معادلات فوق با روش حجم محدود فشار مبنا در یک شبکه عددی با سازمان غیریکنواخت حل‌شده اند. پس از بررسی استقلال حل از شبکه و اعتبارسنجی‌، اثر اعداد ماخ، رینولدز و موقعیت قرارگیری سپتوم، بررسی شده و زاویه بردار رانش آچئون بدست آمده است. برابر نتایج حاصله، افزایش دبی ورودی و به طبع آن افزایش عدد رینولدز موجب افزایش زاویه بردار رانش می‌گردد. در دبی جرمی ورودی kg/s16، در گلوگاه خروجی نازل شوک قائم و متقارن تشکیل شده و با افزایش دبی جرمی ورودی زاویه بردار رانش نازل کاهش می‌یابد. از طرفی، با کاهش فاصله نوک سپتوم از گلوگاه خروجی نازل در دبی جرمی ثابت، میزان زاویه بردار رانش افزایش می‌یابد.

Numerical Study of Mass Flow and Septum Position Effects on Thrust Vectoring and Flow Structure of an ACHEON Nozzle

ACHEON nozzle is a thrust vectoring control device in which interaction of two jet flows under the influence of Coanda effects is implemented. The effects of inlet mass flow rate and the position of septum (relative to nozzle outlet) on flow structure, thrust vectoring, and shock formation have not been paid enough attention in previous studies. However, in this study, different mass flow rates and various positions of the septum were investigated. Flow was considered turbulent, twodimensional, stationary, and compressible and RANS approach with standard kε model was implemented. The equations were solved using a pressurebased finite volume method on a structured computational grid. Using different Mach and Reynolds numbers and also various positions of the septum, thrust vectoring angle, flow structure, and nozzle shock position were studied. Our results show that with increasing inlet mass flow rate, thrust vectoring angle increases. It is noted that at a certain mass flow rate, a normal shock wave is formed in the nozzle. Also, except at this special mass flow rate (with shock wave), increasing inlet mass flow rate leads to increasing thrust vectoring angle. In addition, reducing the distance between the septum tip and the nozzle outlet increases thrust vectoring angle.